Système d exploitation (Operating System)

Système d exploitation (Operating System) I. Introduction 1. Définition Système d exploitation : ensemble de programmes pour : Faciliter l utilisation de l ordinateur (ergonomie) Mettre à la disposition d un groupe d utilisateurs les ressources : - gestion et conservation de l information. - gestion de l ensemble des ressources pour l execution d un programme. - gestion et partage de l ensemble des ressources (matériels, informations, programmes) entre usages. Système informatique : Logiciel d application. Logiciel de base. - outils et services. - système d exploitation. Machine physique. 2. Exemples d OS a) Ordinateur individuel - pas de partage des ressources entre utilisateurs. - gestion des fichiers (création, conservation,...). - réalisation des E/S (imprimante,...) +multimédia. - interprétation du langage de commande. MS.DOS b) Commande de procédés industriels (applications en «temps réel») ex : conduite d un réacteur chimique. fabrication d un produit C par synthèse de deux produits A et B dans un réacteur à l aide d un ordinateur. Fonction : Réguler la réaction avec l ordinateur. Régulation des paramètres (temps, pression, concentration des produits) - en fonction des signaux de mesure. - en agissant sur le débit des vannes. Enregistrement des résultats de mesure périodiquement. Sécurité si les paramètres dépassent un limite critique : arrêt d urgence. Action sur les organes externes. Prise en compte du temps réel (physique). Réaction aux évènements exterieurs. Gestion d informations.

c) Systèmes à transaction Ex : - Réservation de places de train, d avion, etc... - Gestion de comptes bancaires. - Consultation de centre de documentation. Gestion d informations partagées (grosses bases de données) Execution d opérations prédéfinies simultanées. Gestion des points d accès (terminaux). d) Systèmes en temps partagé (Time Sharing) But : Fournir des services à un ensemble d usagers. Chacun d eux va bénéficier de services équivalents à ceux d une machine individuelle avec en plus la possibilité de communiquer et de bénéficier des service liés à l existence d une communauté. Définition de la machine virtuelle offerte à chaque usager. Partage des ressources physiques communes. Communications. 3. Evolution historique des systèmes a) «porte ouverte» et traitement par lots ( une personne seulement ) - 2 ème Guerre mondiale : création du premier Ordinateur. - 1950 : Création du premier «OS» («moniteurs d enchainement»). Plusieurs personnes se succèdent sur la machine. Il devient donc nécessaire d automatiser le passage d un programme à l autre. augmentation du rendement. - 1960 : «traitement par lots» (Batch Processing Systems) deux ordinateurs : - 1. Gestion des E/S : lecture des cartes, écriture sur bande magnétique. - 2. Lecture de bande magnétique et éxécution du programme. augmentation du rendement mais baisse de l interactivité. b) Multiprogrammation et temps partagé (1960-70) Evolution technologique - Processeurs autonomes spécialisés (unités d échanges : E/S). - Partage de la mémoire centrale entre plusieurs travaux. Multiprogrammation. Possibilités d E/S simultanées à l execution d un programme. - Horloge interne. Rend l interactivité aux utilisateurs. c) Réseaux, Systèmes répartis, machine individuelles (1970-1980) - Apparition des microprocesseurs. augmentation des performances. diminution de la taille et du coût. développement de processeurs spécialisés. - Développement des techniques de transmission de données. intégration des fonctions de communication (téléinformatique).

d) Stations de travail, réseaux locaux (1980-1990) - Apparition des voies de communication à très haut débit (au niveau local). remplacement du temps partagé : tout le monde à une machine réelle mais le matériel onéreux est mis en commun (imprimantes lasers, gros disques durs, etc...). - Interconnexion d OS différents (UNIX, WinNT, Apple, MS-DOS, etc...) grâce à un OS «réseau» : système d exploitation du serveur qui gère la communication entre utilisateurs et l accès à des services communs (impression). - Stations de travail (SUN, HP, etc...) : confort de travail. grand écran Bitmap. multifenétrage. multiprocessus : temps partagé. multiconnexion (plusieurs machines) : transfert de fichiers. e) Multimédia, serveurs de réseaux intégrés (1990-2000) - Diversification des organes d E/S. son : hauts-parleurs, micro,etc... image : CDROM. - Integration de fonction logicielles concernant le réseaux dans le système d exploitation de la machine (ex : WinNT mais pas UNIX). plus grande facilité de gestion du réseau et de réalisation d une architecture réseau.

f) Multitraîtement (1995) - Apparition (démocratisation, les CRAY sont plus vieux) des ordinateurs multiprocesseurs possibilité d éxécuter une même application sur les différents processeurs simultanément. Peu d OS exploitent bien les possibilités offertes par ces systèmes. II. Notions générales sur les différentes fonctions d un OS 1. Partage des ressources physiques - pour des raisons économiques de rendement. essai d utilisation optimale de toutes les ressources d une installation (ensemble de machines diverses). ordre de priorité d optimisation. 1) rendement de l Unité Centrale (UC). 2) mémoire centrale. 3) unités d échange. ex : programme de sortie (impression) si le tampon de sortie en mémoire centrale n est pas plein : temps d accès en mémoire centrale (très rapide). si le tampon est plein : vider le tampon sur le disque (assez lent) = 50ms 100000 instructions (version pessimiste). - le système d exploitation gère plusieurs files d attente : la file des travaux en attente d execution (rangés dans la zone entrée du disque). la file des informations à sortir (une file par périphérique). gère le partage simultané : mémoire centrale (programme, tampon, système). unité centrale (contrôleur, programme utilisateur).

2. Gestion de l information types d objets traîtés par un système : - objets que traite un utilisateur : fichiers, variables, structures, arbres, etc... - objets plus orientés système : fichier de programme, segments de mémoire centrale, pages en mémoire centrale, zones d E/S sur le disque, utilisateurs, groupes, processus, unités périphériques. gestion des objets concerne : protection - la représentation des objets : processus, file des processus. - La liaison des objets : mise en correspondance des identificateurs donnés par l utilisateur et l adresse dans le système. - pourquoi : coexistence de différents utilisateurs. - contre les erreurs. - contre les malveillances. Un système sécurisé doit protéger : - les fichiers, la mémoire,... de chaque utilisateur. - les données, les fichiers, les mémoires de l OS contre les programmes utilisateur. Il doit aussi surveiller les tentatives de contournement de la sécurité. 7 niveaux de sécurité : 1) Service d ouverture de session sécurisé => demande d identité et d un mot de passe. 2) Contrôle d accès discétionnaire : chaque propriétaire de ressources détermine qui peut accéder et qu il peut faire avec (les ressources!). ex : UNIX (RWE=Read/Write/Execute ;UGO=User/Group/Other) Windows NT (ACL=Access Control List ;ACE=idem+rubriques) 3) Audit : détection et enregistrement des évènements importants concernant la sécurité : - tentative d accès à des ressources systèmes. - tentative de suppression des ressources systèmes. 4) Protection de la mémoire (des informations qu elle contient) : Réinitialisation de la mémoire centrale avant son utilisation par un nouvel utilisateur. 5) Contrôle d accès par niveau d habilitation : Différents niveaux de sécurité : Usuel, Secret, Top Secret. A un utilisateur, on associe un niveau. Un utilisateur d un niveau donné ne peut pas autoriser quelqu un de niveau inférieur à accéder à ses informations. 6) & 7) Moins on en dit, mieux ça vaut... 3. Coopération des processus Processeur : organe capable d éxécuter des actions (en informatique : des instructions). Processus : tâche, éxécution par un processeur d un programme. Etats : actif (s il dispose de toutes les ressource). Bloqué (quand il manque une ressource nécessaire). Plusieurs activités peuvent se dérouler simultanément nécessité de coopération de plusieurs processus. Exécution simultanée de : - Processus symbiont par l UC. - Processus E/S par l UE.

Interaction entre ces processus : - Le processus d E/S ne doit pas pouvoir accéder à une zone sur disque que le processus symbiont remplit. - Lorsqu un tampon de sortie est plein, le processus symbiont doit réveiller le processus E/S s il est inactif. - Lorsqu un nouveau programme est introduit dans la file d entrée, le processus E/S doit réveiller le processus symbiont s il est inactif. Conflit d accès à une ressource : espace disque non partegeable. Problème d éxécution mutuelle résolu grâce aux sémaphores d exclusion mutuelle (cf cours de réseaux). Action directe : mise en attente ou réveil (synchronisation : sémaphores privés) III. Classification des OS en fonction du mode d écoulement des travaux 1. Monoprogrammation A un instant donné, un seul programme utilisateur en cours d éxécution en Mémoire Centrale (MC). Overhead : Temps d éxécution des fonctions systèmes. Avantage : simplicité. Overhead faible. Inconvénient : perte de temps de l UC pendant les E/S. UC active : utilisateur 30% Système 10 % UC attente : 60 % 2. Multiprogrammation Origine : Année 1965 Nécessite un système de gestion des interruptions et une MC très grande. 2.1 plusieurs programmes utilisateurs peuvent être en cours d éxécution (donc en MC) à un instant donné. Le but étant d utiliser l UC pendant les E/S des programmes utilisateurs. On retire l UC à un programme utilisateur quand : - fin normale (d éxécution). - fin anormale. - demande d E/S. Avantages : Inconvénients : Rentabilise l installation (le matériel informatique). Diminue le temps d éxécution et le temps de réponse global. Augmentation du temps de réponse d un travail donné. Augmentation de la compléxité de l OS ainsi que de l overhead. UC active : utilisateur 60% Système 30 % UC attente : 10 % 2.2 système de gestion des IT (intérruptions). - Nécessaire à la mise en oeuvre de la multiprogrammation, du temps partagé, du multitâche, du multi-thread... - Une IT :

Signal imprévu du processus en cours. Provoque en général un arrêt autoritaire. - le système de gestion des IT permet : d associer une priorité aux différentes IT. D interrompre à n importe quel instant un processus. D obliger l UC à éxécuter alors une procédure avec changement de contexte. De sauvegarder les informations relatives au processus interrompu dans un vecteur d état (?). 3. Temps partagé Origine : Année 1968. Nécessite : - un système de gestion de IT + une horloge pour le partage de temps. - Une grande capacité de mémoire secondaire pour le SWAP. Exemples : TSS (Time Sharing Système d IBM), CP/CMS (avec une notion de mémoire paginée), Multics (Ancêtre d UNIX = «machine à gaz»), UNIX, Windows NT,...

LEXIQUE : E/S : Entrée/Sortie. IT : Interruptions. MC : Mémoire Centrale. OS : Operating System = Système d exploitation (SE). Overhead : Temps d éxécution des fonctions systèmes. SE : Système d exploitation (OS). SWAP : zone de mémoire temporaire sur disque dur. UC : Unité Centrale (processeur principal).